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다기능 코발트 실리케이트 촉매의 혁신적 합성법 개발

요약 본 발명은 화학 산업의 지속 가능성과 환경 친화성을 높이기 위한 새로운 코발트 실리케이트 촉매 합성 기술에 관한 것입니다. 이 기술은 MWW 제올라이트 구조에 코발트를 첨가하여 다기능 촉매를 생성하며, 수열처리를 통한 메탈 치환과 2차원 구조 형성을 통해 촉매의 활성 부위를 최적화합니다. 실험 결과, Co-DML-x 촉매는 NH3-SCO 반응에서 높은 전환율과 선택적 산화 반응을 선호하는 특성을 보이며, 루이스 산도를 유지하면서도 활성화 에너지를 낮추어 반응성을 향상시킵니다. 이 혁신적인 합성 방법은 화학 공정의 효율성을 크게 증가시키고, 온실가스 배출을 줄이며, 에너지 전환 과정에 기여할 것으로 기대됩니다. Co-DML-160 촉매의 우수한 성능은 암모니아 산화 공정의 촉매 효율성을 향상시키는 새로운 접근 방식을 제공하며, 촉매 성능 최적화를 위한 방법론을 제시합니다.

기본 정보

특허명: 수열 처리를 이용한 암모니아 산화용 코발트 실리케이트 촉매 제조
대표 발명자: 박민범 교수
출원번호: 10-2023-0148575

발명의 배경 및 필요성

촉매 기술의 중요성

촉매는 화학 반응 속도를 증가시키며, 산업 전반에 걸쳐 필수적인 역할을 함
촉매의 활성 부위는 반응 활성을 담당하며, 그 형태와 화학적 환경이 촉매 성능에 결정적인 영향을 미침
에너지 소비 감소와 폐기물 최소화를 가능하게 하여, 화학 산업에서 매우 중요하며, 대부분의 화학 제품 제조에 사용됨

다기능 촉매 개발의 필요성

다기능 촉매 개발에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이는 여러 반응 단계를 동시에 또는 순차적으로 수행할 수 있는 활성 부위를 필요로 함
MWW 프레임워크에 코발트를 첨가하여 안정성과 높은 표면적을 가진 제올라이트의 촉매 특성을 강화함
이러한 통합은 특정 반응에 대해 선택적이고 활성적인 촉매를 생성하고, 화학 공정의 지속 가능성을 높이며, 환경 보호와 에너지 전환에 기여함

구현방법

촉매 제조의 원리

코발트 실리케이트 촉매는 촉매 반응을 통해 화학 반응을 촉진하며, 메탈로실리케이트의 독특한 산성 특성을 활용해 다양한 반응을 가속화함
이 촉매는 보로실리케이트 MWW 제올라이트 전구체를 코발트 질산 용액에 용해시킨 후 수열처리하여 제조됨

촉매 합성 방법

보로실리케이트 MWW 제올라이트 전구체를 코발트 질산 용액에 용해시키고 수열처리를 통해 촉매를 합성함
수열처리 온도를 조절해 코발트 함량을 증가시키고, 구조를 2차원으로 변환시키며, 루이스 산도를 유지함
합성된 촉매는 탈수 및 건조, 소성 과정을 거쳐 최종적으로 완성됨

촉매의 성능 및 장점

보로실리케이트는 메탈 치환을 용이하게 하여 수열처리 온도가 높을수록 제올라이트 구조 내 메탈 함량이 증가함
코발트 실리케이트 촉매는 NH3-SCO 반응에서 우수한 성능을 나타내며, 처리 온도에 따라 구조 및 특성이 변화하여 높은 온도에서 더 좋은 성능을 보임
루이스 산성 부위가 풍부하여 암모니아와 강한 상호작용을 하고, 선택적으로 질소(N2)를 생산하는 반응을 선호함
활성화 에너지가 낮아 반응성이 높음

활용 방안 및 기대효과

발명의 적용 가능성

본 발명은 새로운 유형의 촉매 생성 방법을 제공하여 환경 친화적 공정의 효율성을 향상시키고, 온실가스 배출 감소 및 수소 생산을 촉진함
특정 반응에 최적화된 촉매를 맞춤 설계할 수 있는 가능성을 열어줌
친환경 화학 공정과 에너지 생산에 중요한 역할을 할 수 있는 촉매 개발에 기여함

기대효과의 구체화

코발트 규산염의 수열 합성과 금속 치환을 통해 새로운 이기능 촉매 개발에 진전을 이루고, 촉매의 구조와 화학적 특성 변화에 대한 이해를 돕는 기초를 마련함
Co-DML-x 촉매는 구조 변화와 코발트 함량 증가, 높은 수열 처리 온도를 통해 친환경적 화학 반응을 촉진하는 중요한 특성을 가짐
Co-DML-160 촉매는 암모니아의 선택적 산화 반응(NH3-SCO)에서 뛰어난 성능을 보이며, 이차원 구조로 인해 활성 부위의 노출과 생성물의 확산을 돕는 등 암모니아 전환율을 증가시킴
본 발명은 암모니아 산화 공정에 필요한 촉매의 효율성을 향상시키는 새로운 접근 방식을 제공하고, 촉매 성능 최적화 방법을 제안함

기술 SWOT 분석

Strengths

고성능 촉매 기술

코발트 실리케이트 촉매는 화학 반응을 촉진하고 다양한 반응을 가속화하는 뛰어난 성능을 보입니다.
촉매의 활성 부위가 반응 활성을 담당하여 촉매 성능에 결정적인 영향을 미칩니다.
에너지 소비 감소와 폐기물 최소화를 가능하게 하여 화학 산업에서 중요한 역할을 합니다.

특화된 촉매 구조

수열처리 온도 조절을 통해 코발트 함량을 증가시키고, 구조를 2차원으로 변환시켜 루이스 산도를 유지합니다.
루이스 산성 부위가 풍부하여 암모니아와 강한 상호작용을 하고, 선택적으로 질소(N2)를 생산하는 반응을 선호합니다.

Weaknesses

제조 과정의 복잡성

코발트 실리케이트 촉매의 제조는 복잡한 수열처리 과정을 요구하며, 정밀한 온도 조절이 필요합니다.

촉매의 특수성

특정 화학 반응에 최적화된 촉매로서, 다른 반응에는 적용이 제한적일 수 있습니다.

Opportunities

환경 친화적 공정 개선

본 발명은 환경 친화적 공정의 효율성을 향상시키고, 온실가스 배출 감소 및 수소 생산을 촉진할 수 있는 기회를 제공합니다.

촉매 기술의 발전

다기능 촉매 개발에 대한 수요 증가로 인해 새로운 유형의 촉매 생성 방법에 대한 연구와 개발이 활발해질 것입니다.

Threats

경쟁 촉매 기술의 발전

다른 촉매 기술의 발전으로 인해 본 발명의 촉매가 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.

시장의 변화와 수요

화학 산업의 변화와 촉매에 대한 수요 변동이 본 발명의 촉매 시장성에 영향을 미칠 수 있습니다.

Summary

총괄

본 발명의 촉매 기술은 화학 반응의 촉진과 환경 친화적 공정 개선에 큰 장점을 가지고 있습니다.
제조 과정의 복잡성과 특정 반응에의 특수성은 개선해야 할 부분입니다.
환경 친화적 공정 개선과 촉매 기술의 발전은 향후 기회로 작용할 수 있습니다.
경쟁 촉매 기술의 발전과 시장의 변화는 주요 위협 요소로 고려됩니다.

대표도면

기술이전 담당자 연락처

담당자명: 이미정 계장
부서: 기술사업화팀
전화번호: 032-835-9766
이메일: mijung@inu.ac.kr
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